《金屬塑性成形原理》試卷及答案

《金屬塑性成形原理》試卷及答案一、填空題設(shè)平面三角形單元內(nèi)部任意點(diǎn)的位移采用如下的線性多項(xiàng)式來表示:屋3乃二沔W汪十弓y is-yJ心s+6"則單元內(nèi)任一點(diǎn)外的應(yīng)變可表示為ML屋+吃塑性是指：在外力作用下使金屬材料發(fā)生塑性變形而不破壞其完整性的能力。金屬單晶體變形的兩種主要方式有：滑移和孿生。4.等效應(yīng)力表達(dá)式:4.等效應(yīng)力表達(dá)式:行一點(diǎn)的代數(shù)值最大的 主應(yīng)力的指向稱為第一主方向，由第一主方向順時(shí)針轉(zhuǎn)'所得滑移線即為配線。平面變形問題中與變形平面垂直方向的應(yīng)力。z二％十馬。TOC\o"1-5"\h\z塑性成形中的三種摩擦狀態(tài)分別是：干摩榛 、邊界摩榛 、 流體摩榛 。對(duì)數(shù)應(yīng)變的特點(diǎn)是具有真實(shí)性、可靠性和 可加性 。就大多數(shù)金屬而言，其總的趨勢(shì)是，隨著溫度的升高，塑性提高 。鋼冷擠壓前，需要對(duì)壞料表面進(jìn)行 磷化皂化 潤(rùn)滑處理。為了提高潤(rùn)滑劑的潤(rùn)滑、耐磨、防腐等性能常在潤(rùn)滑油中加入的少量活性物質(zhì)的總稱叫 添加劑。材料在一定的條件下，其拉伸變形的延伸率超過100%的現(xiàn)象叫超塑性。韌性金屬材料屈服時(shí)， 密席斯（Mises） 準(zhǔn)則較符合實(shí)際的。硫元素的存在使得碳鋼易于產(chǎn)生 熱脆。塑性變形時(shí)不產(chǎn)生硬化的材料叫做 理想塑性材料 。應(yīng)力狀態(tài)中的 壓應(yīng)力，能充分發(fā)揮材料的塑性。平面應(yīng)變時(shí)，其平均正應(yīng)力氣—— 中間主應(yīng)力氣。鋼材中磷使鋼的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌* 降低—。材料經(jīng)過連續(xù)兩次拉伸變形，第一次的真實(shí)應(yīng)變^€1=0.1，第二次的真實(shí)應(yīng)變?yōu)閑2=0.25，則總的真實(shí)應(yīng)變€= 0.35 。塑性指標(biāo)的常用測(cè)量方法拉伸試驗(yàn)法與壓縮試驗(yàn)法。彈性變形機(jī)理原子間距的變化：塑性變形機(jī)理位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)為主。二、 下列各小題均有多個(gè)答案，選擇最適合的一個(gè)填于橫線上1.塑性變形時(shí)，工具表面的粗糙度對(duì)摩擦系數(shù)的影響工件表面的粗糙度對(duì)摩擦系數(shù)的影響。A、大于； B、等于； C、小于；塑性變形時(shí)不產(chǎn)生硬化的材料叫彳J。A、理想塑性材料； B、理想彈性材料； C、硬化材料；用近似平衡微分方程和近似塑性條件求解塑性成形問題的方法稱B。A、解析法； B、主應(yīng)力法； C、滑移線法；韌性金屬材料屈服時(shí)， A準(zhǔn)則較符合實(shí)際的。A、密席斯； B、屈雷斯加； C密席斯與屈雷斯加；由于屈服原則的限制，物體在塑性變形時(shí)，總是要導(dǎo)致最大的言散逸，這叫最大散逸功原理。A、能量； B、力； C、應(yīng)變；硫元素的存在使得碳鋼易于產(chǎn)生 A。A、熱脆性； B、冷脆性； C、蘭脆性；應(yīng)力狀態(tài)中的_應(yīng)力，能充分發(fā)揮材料的塑性。A、拉應(yīng)力； B、壓應(yīng)力； C、拉應(yīng)力與壓應(yīng)力；平面應(yīng)變時(shí)，其平均正應(yīng)力amB 中間主應(yīng)力ct2oA、大于； B、等于； C、小于；鋼材中磷使鋼的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌*―B oA、提高； B、降低； C、沒有變化；多晶體經(jīng)過塑性變形后各晶粒沿變形方向顯著伸長(zhǎng)的現(xiàn)象稱為AoA、纖維組織； B、變形織構(gòu)； C、流線；三、 判斷題TOC\o"1-5"\h\z按密席斯屈服準(zhǔn)則所得到的最大摩擦系數(shù)u=0.5o （X）塑性變形時(shí)，工具表面的粗糙度對(duì)摩擦系數(shù)的影響小于工件表面的粗糙度對(duì)摩擦系數(shù)的影響。（X）靜水壓力的增加，對(duì)提高材料的塑性沒有影響。 （X）在塑料變形時(shí)要產(chǎn)生硬化的材料叫理想剛塑性材料。 （X）塑性變形體內(nèi)各點(diǎn)的最大剪應(yīng)力的軌跡線叫滑移線。 （7）塑性是材料所具有的一種本質(zhì)屬性。 （7）塑性就是柔軟性。 （X）合金元素使鋼的塑性增加，變形拉力下降。 （X）合金鋼中的白點(diǎn)現(xiàn)象是由于夾雜引起的。 （X）結(jié)構(gòu)超塑性的力學(xué)特性為S=如m，對(duì)于超塑性金屬m=0.02-0.2。 （X）影響超塑性的主要因素是變形速度、變形溫度和組織結(jié)構(gòu)。 （/）屈雷斯加準(zhǔn)則與密席斯準(zhǔn)則在平面應(yīng)變上，兩個(gè)準(zhǔn)則是一致的。（X）變形速度對(duì)摩擦系數(shù)沒有影響。 （X）靜水壓力的增加，有助于提高材料的塑性。 （V）碳鋼中冷脆性的產(chǎn)生主要是由于硫元素的存在所致。 （X）如果已知位移分量，則按幾何方程求得的應(yīng)變分量自然滿足協(xié)調(diào)方程；若是按其它方法求得的應(yīng)變分量，也自然滿足協(xié)調(diào)方程，則不必校驗(yàn)其是否滿足連續(xù)性條件。 （X）在塑料變形時(shí)金屬材料塑性好，變形抗力就低，例如：不銹鋼（X）四、 名詞解釋何謂最小阻力定律？答：變形過程中，物體質(zhì)點(diǎn)將向著阻力最小的方向移動(dòng)，即做最少的功，走最短的路。何謂超塑性？答：延伸率超過100%的現(xiàn)象叫做超塑性。可分為結(jié)構(gòu)超塑性和動(dòng)態(tài)超塑性。五、 簡(jiǎn)答題Levy-Mises理論的基本假設(shè)是什么？答：Levy-Mises理論是建立在以下四個(gè)假設(shè)基礎(chǔ)上的：（1） 材料是剛塑性材料，即彈性應(yīng)變?cè)隽繛榱悖苄詰?yīng)變?cè)隽烤褪强偟膽?yīng)變?cè)隽?；rr—n~（2） 材料符合Mises屈服準(zhǔn)則，即 J；（3） 每一加載瞬時(shí)，應(yīng)力主軸與應(yīng)變?cè)隽恐鬏S重合；次異十次+炬二次節(jié)十※％十』=0（4） 塑性變形時(shí)體積不變，即 ，所以應(yīng)變?cè)隽繌埩烤褪菓?yīng)變?cè)隽俊銎珡埩?，即?吃在塑性加工中潤(rùn)滑的目的是什么？影響摩擦系數(shù)的主要因素有哪些？答：（1）潤(rùn)滑的目的是：減少工模具磨損；延長(zhǎng)工具使用壽命；提高制品質(zhì)量；降低金屬變形時(shí)的能耗。（2）影響摩擦系數(shù)的主要因素：1）金屬種類和化學(xué)成分;2） 工具材料及其表面狀態(tài)；3） 接觸面上的單位壓力；4） 變形溫度；5） 變形速度；6） 潤(rùn)滑劑簡(jiǎn)述在塑性加工中影響金屬材料變形抗力的主要因素有哪些？答：（1）材料（化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)）；（2） 變形程度；（3） 變形溫度；（4） 變形速度；（5） 應(yīng)力狀態(tài)；（6） 接觸界面（接觸摩擦）為什么說在速度間斷面上只有切向速度間斷，而法向速度必須連續(xù)？答：現(xiàn)設(shè)變形體被速度間斷面SD分成①和②兩個(gè)區(qū)域；在微段dSD上的速度間斷情況如下圖所示。根據(jù)塑性變形體積不變條件，以及變形體在變形時(shí)保持連續(xù)形，不發(fā)生重疊和開裂可知，垂直于dSD? ?上的速度分量必須相等，即":-"2，而切向速度分量可以不等，造成①、②區(qū)的相對(duì)滑動(dòng)。其速度間斷值? ?為[Vt]="1-"2tt何謂屈服準(zhǔn)則？常用屈服準(zhǔn)則有哪兩種？試比較它們的同異點(diǎn)？答：（1）屈服準(zhǔn)則：只有當(dāng)各應(yīng)力分量之間符合一定的關(guān)系時(shí)，質(zhì)點(diǎn)才進(jìn)入塑性狀態(tài)，這種關(guān)系就叫屈服準(zhǔn)則。（2） 常用屈服準(zhǔn)則：密席斯屈服準(zhǔn)則與屈累斯加屈服準(zhǔn)則。（3） 同異點(diǎn)：在有兩個(gè)主應(yīng)力相等的應(yīng)力狀態(tài)下，兩者是一致的。對(duì)于塑性金屬材料，密席斯準(zhǔn)則更接近于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在平面應(yīng)變狀態(tài)時(shí)，兩個(gè)準(zhǔn)則的差別最大為15.5%

簡(jiǎn)述塑性成形中對(duì)潤(rùn)滑劑的要求。答：（1）潤(rùn)滑劑應(yīng)有良好的耐壓性能，在高壓作用下，潤(rùn)滑膜仍能吸附在接觸表面上，保持良好的潤(rùn)滑狀態(tài)；（2） 潤(rùn)滑劑應(yīng)有良好耐高溫性能，在熱加工時(shí)，潤(rùn)滑劑應(yīng)不分解，不變質(zhì)；（3） 潤(rùn)滑劑有冷卻模具的作用；（4） 潤(rùn)滑劑不應(yīng)對(duì)金屬和模具有腐蝕作用；（5） 潤(rùn)滑劑應(yīng)對(duì)人體無毒，不污染環(huán)境；（6） 潤(rùn)滑劑要求使用、清理方便、來源豐富、價(jià)格便宜等。簡(jiǎn)述金屬塑性加工的主要優(yōu)點(diǎn)？答：（1）結(jié)構(gòu)致密，組織改善，性能提高。（2） 材料利用率高，流線分布合理。（3） 精度高，可以實(shí)現(xiàn)少無切削的要求。（4） 生產(chǎn)效率高。六、計(jì)算題圓板坯拉深為圓筒件如圖1所示。假設(shè)板厚為t,圓板坯為理想剛塑性材料，材料的真實(shí)應(yīng)力為S，不計(jì)接觸面上的摩擦，且忽略凹?？谔幍膹澢?yīng)，試用主應(yīng)力法證明圖示瞬間的拉深力為：2RP=兀d°tPSIndo0（b）單元體（b）單元體圖1板料的拉深答：在工件的凸緣部分取一扇形基元體，如圖所示。沿負(fù)的徑向的靜力平衡方程為:d。--

brd。/一(。+d。)(r+dr)d。t一2bsin^drt=0展開并略去高階微量，可得:drdb=-(b+b。)一由于。是拉應(yīng)力，%是壓應(yīng)力，故。1—br'b3--b0，得近似塑性條件為:r ub-b=b+b—Pb聯(lián)解得：b—一時(shí)C式中的b為b的積分中值,b=S。當(dāng)R=R時(shí)，0-0,得b為b的積分中值,b=S。當(dāng)R=R時(shí)，02RP=兀d01PSIndo如圖2所示，設(shè)有一半無限體，側(cè)面作用有均布?jí)簯?yīng)力氣，試用主應(yīng)力法求單位流動(dòng)壓力p。解：取半無限體的半剖面，對(duì)圖中基元板塊（設(shè)其長(zhǎng)為l）列平衡方程:￡%=耳脫一（耳+姑;邱-=0其中，設(shè)石=燧，橢為摩擦因子，忒為材料屈服時(shí)的最大切應(yīng)力值，*、％均取絕對(duì)值。由（1）式得:

采用絕對(duì)值表達(dá)的簡(jiǎn)化屈服方程如下:將（2）（3）（4）式聯(lián)立求解，得:X在邊界上，，由（X在邊界上，，由（3）式，知^=°°+2r，代入（5）式得:最后得:從而，單位流動(dòng)壓力:P=—=萬|。相X 1+ +緯F旦*IAh)~2圖3所示的圓柱體鐓粗，其半徑為re，高度為h，圓柱體受軸向壓應(yīng)力oz，而鐓粗變形接觸表面上的摩擦力t=0.2S（S為流動(dòng)應(yīng)力），吃為鍛件外端（r=re）處的垂直應(yīng)力。（1）證明接觸表面上的正應(yīng)力為:ze(2)并畫出接觸表面上的正應(yīng)力分布;（1）證明接觸表面上的正應(yīng)力為:ze(2)并畫出接觸表面上的正應(yīng)力分布;求接觸表面上的單位流動(dòng)壓力P，假如re=100MM,H=150MM,S=500MPa，求開始變形時(shí)的總變形抗力P為多少噸?解：(1)證明T—LI、S,該問題為平行砧板間的軸對(duì)稱鐓粗。設(shè) L 對(duì)基元板塊列平衡方程得：一 dfi 一 一b?h?rd。+2bhdrsin-2xrd0dr-(c+db)(r+dr)?h?d0=0.d。 d。因?yàn)閟mN~T，并略去二次無窮小項(xiàng)，則上式化簡(jiǎn)成：bhdr-2irdr-bhdr-rhdb=0假定為均勻鐓粗變形，故：d8=d8;b=b最后得:金屑濡功方時(shí)r

最后得:金屑濡功方時(shí)r該式與精確平衡方程經(jīng)簡(jiǎn)化后所得的近似平衡方程完全相同。（3）接觸表面上的單位流動(dòng)壓力為：p=P（3）接觸表面上的單位流動(dòng)壓力為：p=P=2frebdF=上［F 兀r20ze兀r20e2ihe(r-r)+b 2兀rdr=—3hze2ir

.—+bze按密席斯屈服準(zhǔn)則所寫的近似塑性條件為:b-b二-S;db=dbzrzr聯(lián)解后得：dbz2t=-drhbz21=-r+Chr=r當(dāng) e時(shí)，C=2izehre=544MP（4）總變形抗力:P=兀了?P=1708T圖4所示的一平?jīng)_頭在外力作用下壓入兩邊為斜面的剛塑性體中，接觸表面上的摩擦力忽略不計(jì)，其接觸面上的單位壓力為q,自由表面AH、BE與X軸的夾角為Y，求:（1）證明接觸面上的單位應(yīng)力q=K（2+兀+2Y）；（2）假定沖頭的寬度為2b，求單位厚度的變形抗力P；

圖4圖4解：（1）證明1）在AH邊界上有:b=b=0b=b屈服準(zhǔn)則:b-b=2Kb=hT屈服準(zhǔn)則:mH2- 1， 、得：b=-2K,b=2（b+b）=-K得：3n2）在ao邊界上：①ao=tt廣0，氣=-q（q取正值）根據(jù)變形情況:b-b=2K按屈服準(zhǔn)則:b=b+2K=-q+2Kb=^_(b+b)=K-q

mo2xy沿P族的一條滑移(OA1A2A3A4)門為常數(shù)b +2K①=b +2K①3兀 兀K-q+2K =-K+2K(4_-y)q=K(2+兀+2y)(2)單位厚度的變形抗力：P=2bq=2bK(2+丸+2y)圖5所示的一尖角為2中的沖頭在外力作用下插入具有相同角度的缺口的剛塑性體中，接觸表面上的摩擦力忽略不計(jì)，其接觸面上的單位壓力為p,自由表面ABC與X軸的夾角為凱求：證明接觸面上的單位應(yīng)力p=2K(1+9+8);假定沖頭的寬度為2b，求變形抗力P。北圖5(1)證明1)在AC邊界上:兀R①=一一8c4b=T=0b=-2K31z、bmC2（*+b3）=-b